武汉大学遥感信息工程学院 空间分析复习要点整理

1、1、请介绍国内外的某个空间分析研究组的研究工作，并谈谈自己的认识和思考。2、什么是空间分析？空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空 间信息（郭仁忠,1997）。3、分别从理论、算法和应用三个方面介绍空间分析理论、方法及应用？空间分析的理论研究主要包括：空间关系理论、空间认知理论、空间推理理论、空间数据的 不确定性分析理论等。空间分析的方法包括：矢量数据的空间分析方法、栅格数据的空间分析方法、三维数据的空 间分析方法、属性数据的空间统计方法。空间分析理论和方法的应用领域有：卫生健康、水利、城市管理、地质灾害、交通、电力、 环保、气候变化等领域。4、请分别

2、介绍地理学的第一语言、第二语言和第三语言？第一语言为文字，第二语言为地图，第三语为GIS。5、简述空间分析的第一个著名应用（霍乱病发病原因分析）如何利用空间分析方法完成具 体应用？1854年8月到9月，英国伦敦霍乱病流行，政府始终找不到患者的发病原因，后来斯诺博 士在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用水机井等内容的1:6500的城区地图上，标出 了每个霍乱病死者的居住位置，发现死者都集中在饮用布洛多斯托井水的地区和周围，从而 得出发病原因为死者饮用了利用“布洛多斯托水泵吸水的井水。6、简述空间分析与GIS的关系？空间分析在GIS中的地位和作用？关系：空间分析是地理信息系统的核心和灵魂，是地理

3、信息系统的主要特征，是评价一个地 理信息系统的主要指标之一。地位与作用：1、空间分析是GIS的理论核心。空间分析作为地理信息系统领域的理论性和技术性都很强 的分支，是提升GIS的理论性的重要突破口。2、空间分析是GIS的功能核心。空间数据的采集、存储和管理为空间分析提供数据基础， 而空间数据的描述是空间分析结果的表达。7、简述空间分析与空间应用模型的关系？一种观点认为空间应用模型是GIS的重要组成部分，它补充了 GIS的空间分析能力。另一种 观点认为空间分析是基本的、解决一般问题的理论和方法，空间模型是复杂（合）的、解决专 门问题的理论和方法，两者应该区别开来。8、拓扑空间关系和拓扑变换拓扑空

4、间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系。拓扑变换是指在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点 还是邻近的点的情况下，对图形进行的弯曲、拉伸、缩小等任意变形。9、简述V9I模型及其特点？用空间目标的Voronoi区域作为其外部，对原9元组模型进行改进，建立了一种基于Voronoi 的新9元组模型，简称为V9I模型。V9I模型既考虑了空间实体的内部和边界，又将Voronoi区域看作一个整体，能够克服原9 元组模型的一些缺点，包括无法区分相离关系、难以计算目标的补等。10、Voronoi 图Voronoi图：又叫泰森多边形或Dirichelet图，它

5、由一组连接两邻点连线的垂直平分线组成的 连续多边形组成。N个在平面上有区别的点，按照最邻近原则划分平面；每个点与它的最近 邻区域相关联。11、时空拓扑关系当点、线、面目标之间的空间相邻、空间连通、空间包含等关系随时间发生变化时，往往与 目标间的时间拓扑关系交织在一起，形成了一种新的时空拓扑关系（spatio-temporal topology）。12、简述空间关系理论的应用？GIS空间数据建模与空间数据库设计。Arc/Info用关系表法表达点、弧段和面块的空间关系； Voronoi图可用于动态建立拓扑关系来扩展MapInfo的功能。空间分析在某种程度上是在处理空间实体之间的相互关系。点模式识别

6、、叠置分析、网络分 析、领域分析。空间数据库的查询往往依赖于空间目标间的关系。Oracle中把9元组模型与SQL相结合，使 查询功能扩展到空间域。利用9元组进行空间推理也是空间关系理论的应用。用9元组模型组建空间关系的组合表， 可建立检测拓扑关系一致性的推理机制。13、地理空间认知地理空间认知（geospatial cognition）：人类理解地理空间，进行地理分析和决策的一系列心理 过程，包括：地理信息的知觉、编码、存储、以及解码等。14、空间推理空间推理是指利用空间理论和人工智能技术对空间对象进行建模、描述和表示，并据此对空 间对象间的空间关系进行定性或定量分析和处理。15、场模型场模型

7、的数学公式：z： s-z。z为可度量的函数，s表示空间中的位置。表示从空间域（甚 至包括时间坐标）到某个值域的映射，用以表达在二维或三维空间中被视为连续变化的数据。16、要素模型地理实体是真实世界中不能再被细分为同一类现象的地理现象。地理要素模型只对地理实体 的属性（包括空间属性和地理属性）及关系感兴趣。欧式空间中的三类地物要素对象包括点对 象、线对象和多边形对象。17、网络模型网络模型把地物抽象为链和节点，同时关注其间的连通关系以及多个要素之间的影响和交互。 现象的精确形状并不重要，重要的是现象之间的距离和阻力的度量。18、简述常用的网络模型及其特点？网络跟踪。用于研究网络中资源和信息的流向

8、。在水文应用中，可用于计算河流中水流的体 积和跟踪污染物向下游扩散的过程。路径选择。解决在物资派发和邮递等服务中寻找最经济的路径，保证访问到所有站点，同时 最快最省地完成行程的问题。资源分配。反映现实世界网络中资源的供需关系模型。解决在空间中的一个或多个点间分配 资源的问题。地址编码与匹配，利用人们习惯的地址（如街道门牌号）信息确定它在地图上的确切位置的 技术。选址和分区分析。决定一个或多个服务设施的最优位置，保证服务设施可以以最经济有效的 方式为它所服务的人群提供服务。19、栅格数据的空间分析聚类分析是根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数 据系统的方法。聚合分

9、析是指根据空间分辨率和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。 追踪分析指对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个起点，按照一定的追踪线索进行目标 追踪或轨迹追踪，以便进行信息提取的空间分析方法。20、矢量数据的包含分析包含分析是确定一类地物要素是否在另一类地理要素空间范围内的分析方法，包括点击查询、 图形查询、开窗查询等。21、简述包含分析包括哪几个方面的内容？点和点（两点距离为零或者小于某个阈值时）、点和线（点到线的距离为零或者小于某个阈 值）、点和面（点完全落在面内）、线和线（一条线完全或部分包含另一条线）、线和面（线 的所有节点包含在某个面内）、面和面（面的所有节点包含在某

10、个面内）。22、简述角平分线法生成线状地物缓冲区的基本原理1）确定线状目标左右侧的缓冲距离dl，dr。2）提取线状目标的坐标序列。3）沿线状目标轴线的前进方向，依次计算轴线上各点的角平分线，起点和终点的角平分线 为起始线段或终止线段的垂线。4）在各点角平分线的延长线上用左右侧缓冲距离dl和dr确定各点的左右缓冲点位置。5）左右缓冲点顺序相连，构成左右缓冲边界的基本部分。6）在起点和终点处，以（dl+dr）为直径、以角平分线（垂线）为直径向外作外接半圆。7）将外接半圆与左右缓冲边界的基本部分相连，即为线状目标的缓冲区。23、为什么要研究动态目标缓冲区？简述动态目标缓冲区的生成方法。静态缓冲区适用

11、于空间目标对邻近对象的影响呈现单一的距离关系的情况。但是，实际应用 中空间目标的缓冲区生成会受到其他因素影响，空间目标对邻近对象的影响呈现不同强度的 扩散或衰减关系，例如污染对周围环境的影响。对于流域问题，可以采用基于线目标的缓冲区生成算法：用分段处理的办法分别生成各流域 分段的缓冲区，然后按某种规则将各分段缓冲区光滑连接。也可以采用基于点目标的缓冲区 生成算法：用逐点处理的办法分别生成沿线各点的缓冲圆，然后求出缓冲圆序列的两两外切 线，所有外切线相连。污染问题的缓冲区生成中，污染源对邻近对象的影响程度随距离的增大而逐渐缩小，可根据 物体对周围空间影响度变化的性质，引入一个影响度参数来确定缓冲

12、区半径的动态变化。24、矢量数据的叠置分析方法有哪些，分别加以简单介绍？点与点的叠置:把两个图层上的点进行叠置，为图层内的点建立新的属性，并进行统计分析。 点与线的叠置:把两个图层上的点目标与线目标进行叠置，为图层内的点和线建立新的属性。 点与面的叠置：将含有点的图层叠加到含多边形的图层上，确定每个点落在哪个多边形内。 线与线的叠置：把两个图层上的线与线叠置，分析线之间的关系，为线建立新的属性关系。 线与多边形的叠置:将线的图层叠置在多边形的图层上，以确定一条线落在哪一个多边形内。 多边形与多边形的叠置：两组或两组以上的多边形要素进行叠置。25、合成叠置与统计叠置合成叠置：根据两组多边形边界的

13、交点来建立具有多重属性的多边形。通过区域多重属性的 模拟，寻找和确定同时具有几种地理属性的分布区域。或者按照确定的地理目标，对叠置后 产生的具有不同属性多边形进行重新分类或分级，叠置的结果为新的多边形数据文件。 统计叠置：进行多边形范围内的属性特性的统计分析。准确地计算一种要翥如土地利用）在 另一种要素的某个区域多边形范围内的分布状况和数量特征，或提取某个区域范围内某种专 题内容的数据。26、数字地面模型（Digital Terrain Model）与数字高程模型（Digital Elevation Model） 从数学的角度，可用如下二维函数系列取值的有序集合表示数字地面模型Kp=fk（up

14、, vp） （k=1,2,m; =12.,n）Kp:第p号地面点上的第K类地面特性信息的值；（up, vp）:第p号地面点的二维坐标；m:地面特性信息类型的数目；n:地面点的个数。若m=1, f1为对地面高程的映射,(勺匕)为矩阵行列号时,DTM即为DEM。27、剖面分析以数字地形模型(DEM)为基础构造某一个方向的剖面，以线代面，概括研究区域的地势、 地质和水文特征。28、可视性分析也称视线图分析，它描述某一点的视域范围和到另一点的通视情况。因而包括：两点之间的 可视性(intervisibility)分析和可视域(viewshed)分析。29、散点图、折线图散点图：以两个属性作为坐标系的轴

15、，将与这两种属性相关的现象标在图上，表示出两种属 性间的相互关系，在此基础上可以分析这两种属性是否相关和相关关系的种类。折线图：反映某一属性随时间变化的过程，它以时间为图形的一个坐标轴，以属性为另一坐 标轴，将各个时间的属性值标到图上，并将这些点按时间顺序连接起来，反映实体发展的动 态过程和趋势。30、请利用茎叶图表示如下数据：41, 52, 6, 19, 92, 10, 40, 55, 60, 75, 22, 15, 31, 61, 9, 70, 91, 65, 69, 16, 94, 85, 89, 79, 57, 46, 1, 24, 71, 5茎|叶频数 TOC o 1-5 h z 0

16、|15694|05694|242|11|0163|2573|01594|01594|592|124331、箱线图利用数据中的五个统计量：最小值、第一四分位数Q中位数F、第三四分位数Q3、最大 值来描述数据的图形，在识别异常值上面有一定优越性。四分位距QR=Q3-Q1。内限以外位置的点表示的数据都是异常值(x Q3+1.5QR)在内限与外限之间的异常值为温和异常值(Q1-3QR x Q1-1.5QR; Q3+1.5QR x Q3+3QR)在外限以外的为极端异常值。32、请利用平行坐标图表示6维空间的两个点A(-5, 3, 4, -2, 0, 3)、B(4, -1, 3, 3, 0, -1)。横坐

17、标为维数，从一开始，纵坐标为对应维数值，33、简述样方分析的基本思想与一般过程?基本思想：通过空间上点分布密度的变化探索空间分布模式，一般使用随机分布模式作为理 论上的标准分布，将QA计算的点密度和理论分布做比较，判断点模式属于聚集分布、均匀 分布还是随机分布。QA的一般过程：1）将研究区域划分为规则的正方形网格区域；2）统计落入每个网格中点的数量。由于点在空间上分布的疏密性，有的网格中点的数量多， 有的网格中点的数量少，有的网格中点的数量甚至为零；3）统计出包含不同数量点的网格数量的频率分布。4）将观测得到的频率分布和已知的频率分布或理论上的随机分布（如泊松分布）作比较， 判断点模式的类型。

18、34、空间自相关空间自相关是指一个区域分布的地理事物的某一属性和其他所有事物的同种属性之间的关 系，它研究的是不同观察对象的同一属性在空间上的相互关系。35、简述什么是Morans I计量，如何利用该指数描述空间自相关性？Morans I系数是用来衡量相邻的空间分布对象及其属性取值之间的关系的全局自相关指数， 取值在-1到1之间。正值表示具有该空间事物的属性取值分布具有正相关性，负值表示该 空间事物的属性取值分布具有负相关性，零值表示空间事物的属性取值不存在空间相关，即 空间随机分布。36、简述地统计不同于传统统计的两个显著特点？地统计具有不同于传统统计的两个显著特点：1）样本点的空间相关性。

19、传统统计中不同样本点仅具有随机性，样本点之间保持空间独立 性。然而，地统计中样本点不仅具有随机性，同时样本点之间具有空间相关性。2）一次性样本采集。传统统计分析同一空间位置处可以多次采样数据。实际地统计分析中， 样本区域中每一个空间位置多为一次采样数据。根据传统统计学，一次采样数据中无法推断 出总体规律。37、区域化变量区域化变量即空间位置相关的随机变量。区域化变量为具有内在空间结构的随机变量，它是 随机场的简化。38、简述克里金估计中的交叉验证的基本思路？ ArcGIS提供了这种功能吗？依次假设每一个观测数据点未被测定（暂时将该点的数值剔除），利用其余观测值借助于克里 金估计方法来估计该点的

20、值，然后恢复刚才暂时剔除的观测值，对区域内所有观测点都按照 这种方式进行操作，最后得到该区域内全部位置的两组数据：观测值和估计值。如果统计意 义下观测值和估计值接近相等，则该模型是有效的。否则，需要对检验过程中所选定的模型 参数反复进行修改调整，直至达到一定的精度要求。39、根据空间分析的智能化程度，可以把空间分析分成哪几个阶段，分别介绍各阶段 的特点？一般空间分析：提供空间分析的一般方法如叠置分析、缓冲区分析、空间插值等。应用一般 空间分析功能模块进行空间分析时，通常需要同时运用多种空间分析操作。空间决策支持:直接融合了数据的空间定位能力，并能够充分利用数据的现势性特点，因此， 其提供的决策

21、支持将更加符合客观现实，更具合理性。和智能空间决策支持三个阶段。智能空间决策支持：在空间决策支持的基础上，增加了更多的人工智能技术，提高了空间决 策支持的智能化处理水平，能够解决更加复杂的空间决策问题。40、简述空间分析的基本过程，请结合如下实例详细介绍空间分析的基本过程？1、建立分析目的和标准。打算用地理数据库回答什么问题，如何用GIS的空间分析功能回 答。2、准备进行分析的数据。包括空间数据和属性数据。3、进行空间操作。包括：缓冲区 分析、拓扑叠加分析、特征抽取以及特征合并等。4、进行统计分析。准备数据分析表格， 并分析的数据，包括空间数据和描述性数据。5、结果评价及改进。将分析结果以地图和表 格的形式打印输出41、空间决策支持应用各种空间分析手段对空间数据进行处理，以提取出隐含于空间数据中的某些事实和关系， 并以图形和文字的形式直观地加以表达，为现实世界中的各种应用以及决策人员的决策提供 科学、合理的支持